一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，先用磁控濺射儀在FTO導(dǎo)電玻璃上濺射不同厚度的Sn，稱(chēng)取不同量的硫粉，在管式爐中硫化得到SnS2，用無(wú)水乙醇、蒸餾水各洗滌3次，真空干燥。再用磁控濺射儀上在SnS2導(dǎo)電玻璃上濺射Sn，放在管式爐中真空燒結(jié)，得到目標(biāo)產(chǎn)物。本法用磁控濺射的方法得到致密的Sn，在真空下燒結(jié)通過(guò)固相反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。本方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，反應(yīng)周期短，形成致密的薄膜。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料及無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，主要涉及一種可用于無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:近些年來(lái)，隨著化石能源及不可再生能源的日益枯竭，世界正陷入一場(chǎng)能源危機(jī)，各國(guó)正在積極尋找可再生能源來(lái)替代化石能源。科學(xué)家們?cè)趯ふ腋鞣N新的能源加以利用，其中以對(duì)太陽(yáng)能的研究最為廣泛，因?yàn)樘?yáng)能取之不盡、用之不竭，是新能源的首選材料，在太陽(yáng)能的利用形式中尤其以太陽(yáng)能電池的研究和應(yīng)用受到了各國(guó)研究人員的極大關(guān)注。近年來(lái)，無(wú)機(jī)納米晶異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池引起了研究者的廣泛興趣。而錫硫化物是一種廉價(jià)、 無(wú)污染的半導(dǎo)體材料，且硫、錫元素含量豐富，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。311&是1!型半導(dǎo)體材料，能帶帶隙是2.44 eV，能夠很好的吸收太陽(yáng)能；SnS是p型半導(dǎo)體材料，能帶帶隙為 1.3 eV，Sn2S3能帶帶隙為1.09 eV，與太陽(yáng)光有很好的光譜匹配。目前有很多方法制備異質(zhì)結(jié)薄膜，主要有化學(xué)氣相沉積法、低溫硫化法、水熱法、噴霧熱解法、連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法等方法，這些方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單易操作、易成膜、厚度可控，但不易獲得結(jié)晶性良好的產(chǎn)物且產(chǎn)物形貌較難控制，所得樣品與基底的結(jié)合不牢固。另外，濕化學(xué)法制備過(guò)程中會(huì)用到一些有機(jī)配體或表面活性劑，其在產(chǎn)物中很難完全除去，會(huì)對(duì)所得薄膜組裝的電池器件的光電性能產(chǎn)生很大的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種采用磁控濺射的方法在導(dǎo)電玻璃FT0基底上得到致密的金屬錫薄膜，并通過(guò)在硫氣氛的管式爐硫化的方法得到SnS2薄膜，再濺射一層金屬錫薄膜，然后在管式爐中真空燒結(jié)得到SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜，操作簡(jiǎn)單，能夠獲得較致密連續(xù)的異質(zhì)結(jié)薄膜。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，通過(guò)在硫氣氛的管式爐對(duì)采用磁控濺射的方法在導(dǎo)電玻璃FT0基底上得到的金屬錫薄膜進(jìn)行硫化的方法得到SnS2 薄膜，再濺射一層錫薄膜，然后在管式爐中真空燒結(jié)得到SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜，薄膜形貌均勻且致密。
[0005]1)、用磁控濺射儀在洗滌干凈的FT0玻璃上分別濺射50nm、100nm、150nm、200 nm的金屬錫薄膜；2)、分別稱(chēng)取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? 0g的硫粉，分別稱(chēng)取0 ? 2g的硫粉與50nm、1 OOnm、 150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分別稱(chēng)取0? 5g的硫粉與50nm、100nm、150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分別稱(chēng)取0.88的硫粉與5011111、10011111、15011111、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分別稱(chēng)取 l.〇g的硫粉與50腦、10011111、15011111、200 11111的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為450°(:，411;400°C，2h;350°C，lh;300°C，3h。將得到的產(chǎn)物用蒸餾水、無(wú)水乙醇各洗滌3次，真空干燥；3)、將上述得到的產(chǎn)物分別濺射按照步驟2)中對(duì)應(yīng)厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式爐中按照步驟2)中對(duì)應(yīng)的溫度、時(shí)間真空燒結(jié)得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0006]利用磁控濺射在FT0導(dǎo)電玻璃基地上得到致密的金屬錫薄膜，再利用硫氣氛爐硫化反應(yīng)獲得二硫化錫薄膜；在二硫化錫薄膜上濺射一層金屬錫薄膜，并在管式爐中真空燒結(jié)，通過(guò)固相反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物；所述磁控濺射金屬錫薄膜的厚度為50?200nm，這個(gè)厚度主要是為了得到致密均勻的薄膜，在這個(gè)厚度下得到的產(chǎn)物可以滿足各種檢測(cè)的需求；所述硫化氣氛的溫度為300?500 °C，在這個(gè)反應(yīng)溫度下得到的產(chǎn)物可以滿足各種檢測(cè)的需求。
[0007]積極有益效果:1、制備方法簡(jiǎn)單，時(shí)間短。用磁控濺射的方法得到致密的金屬錫薄膜，在管式爐中硫化和真空燒結(jié)就可得到SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜。
[0008]2、價(jià)格低廉，避免環(huán)境污染。錫、硫兩種元素地球含量豐富，無(wú)毒且價(jià)格便宜，屬于環(huán)境友好型反應(yīng)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0009]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，通過(guò)在硫氣氛的管式爐對(duì)采用磁控濺射的方法在導(dǎo)電玻璃FT0基底上得到的金屬錫薄膜進(jìn)行硫化的方法得到SnS2 薄膜，再濺射一層錫薄膜，然后在管式爐中真空燒結(jié)得到SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜，薄膜形貌均勻且致密。
[0010]1)、用磁控濺射儀在洗滌干凈的FT0玻璃上分別濺射50nm、100nm、150nm、200 nm的金屬錫薄膜；2)、分別稱(chēng)取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? 0g的硫粉，分別稱(chēng)取0 ? 2g的硫粉與50nm、1 OOnm、 150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分別稱(chēng)取0? 5g的硫粉與50nm、100nm、150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分別稱(chēng)取0.88的硫粉與5011111、10011111、15011111、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分別稱(chēng)取 l.〇g的硫粉與50腦、10011111、15011111、200 11111的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為450°(:，411;400 °C，2h;350°C，lh;300°C，3h。將得到的產(chǎn)物用蒸餾水、無(wú)水乙醇各洗滌3次，真空干燥；3)、將上述得到的產(chǎn)物分別濺射按照步驟2)中對(duì)應(yīng)厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式爐中按照步驟2)中對(duì)應(yīng)的溫度、時(shí)間真空燒結(jié)得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0011]利用磁控濺射在FT0導(dǎo)電玻璃基地上得到致密的金屬錫薄膜，再利用硫氣氛爐硫化反應(yīng)獲得二硫化錫薄膜；在二硫化錫薄膜上濺射一層金屬錫薄膜，并在管式爐中真空燒結(jié)，通過(guò)固相反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物；所述磁控濺射金屬錫薄膜的厚度為50?200nm，這個(gè)厚度主要是為了得到致密均勻的薄膜，在這個(gè)厚度下得到的產(chǎn)物可以滿足各種檢測(cè)的需求；所述硫化氣氛的溫度為300?500 °C，在這個(gè)反應(yīng)溫度下得到的產(chǎn)物可以滿足各種檢測(cè)的需求。[0〇12] 實(shí)施例11、首先用磁控濺射儀在洗滌干凈的FTO玻璃上濺射100 nm厚度的金屬錫薄膜；2、稱(chēng)取0.5 g的升華硫粉放在瓷舟中，與100 nm厚度的金屬錫薄膜在管式爐中溫度設(shè)置為350°C，反應(yīng)3小時(shí)；3、將上述得到的硫化薄膜，再磁控濺射100 nm厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式爐中在350°C下真空燒結(jié)3小時(shí)得到目標(biāo)產(chǎn)物薄膜。
[0013]實(shí)施例21、首先用磁控濺射儀在洗滌干凈的FT0玻璃上濺射150 nm厚度的金屬錫薄膜；2、稱(chēng)取0.8 g的升華硫粉放在瓷舟中，與150 nm厚度的金屬錫薄膜在管式爐中溫度設(shè)置為450 °C，反應(yīng)3小時(shí)；3、將上述得到的硫化薄膜，再磁控濺射150 nm厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式爐中在450°C下真空燒結(jié)3小時(shí)得到目標(biāo)產(chǎn)物薄膜。
[0014]實(shí)施例31、首先用磁控濺射儀在洗滌干凈的FT0玻璃上濺射50 nm厚度的金屬錫薄膜；2、稱(chēng)取0.5 g的升華硫粉放在瓷舟中，與50 nm厚度的金屬錫薄膜在管式爐中溫度設(shè)置為400 °C，反應(yīng)2小時(shí)；3、將上述得到的硫化薄膜，再磁控濺射50 nm厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式爐中在 400°C下真空燒結(jié)2小時(shí)得到目標(biāo)產(chǎn)物薄膜。[〇〇15]本發(fā)明主要是通過(guò)氣固反應(yīng)制備SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜，與傳統(tǒng)的固相和液相法有很大的不同。雖然液相法是用的比較多的一種方法，但是液相方法制備薄膜時(shí)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，并且制備得到的薄膜附著力不好。在非液相制備薄膜的方法中，有些方法對(duì)原料的純度要求較高，增加了薄膜的制備成本。本方法采用磁控濺射的方法在導(dǎo)電玻璃FT0基底上得到致密的金屬錫薄膜，并通過(guò)在硫氣氛的管式爐硫化的方法得到SnS2薄膜，再濺射一層金屬錫薄膜，然后在管式爐中真空燒結(jié)得到SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜，操作簡(jiǎn)單，能夠獲得較致密連續(xù)的異質(zhì)結(jié)薄膜。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、制備方法簡(jiǎn)單，時(shí)間短。用磁控濺射的方法得到致密的金屬錫薄膜，在管式爐中硫化和真空燒結(jié)就可得到SnS/Sn2S3/SnS2 異質(zhì)結(jié)薄膜。2、價(jià)格低廉，避免環(huán)境污染。錫、硫兩種元素地球含量豐富，無(wú)毒且價(jià)格便宜， 屬于環(huán)境友好型反應(yīng)。
[0016]以上實(shí)施案例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代及改進(jìn)等，均應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，其特征在于:利用磁 控濺射的方法在FTO導(dǎo)電玻璃上濺射不同厚度的金屬錫與不同量的硫粉在管式爐中不同溫 度、不同時(shí)間下硫化，得到的產(chǎn)物再利用磁控濺射對(duì)應(yīng)厚度的金屬錫，然后放在管式爐中不 同溫度、不同時(shí)間下真空燒結(jié)得到目標(biāo)產(chǎn)物；本發(fā)明的制備SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜的方法，其具體的步驟為:1)、用磁控濺射儀在洗滌干凈的FTO玻璃上分別濺射50nm、lOOnm、150nm、200 nm的金屬 錫薄膜；2)、分別稱(chēng)取0 ? 2g、0 ? 5g、0 ? 8g、1 ? Og的硫粉，分別稱(chēng)取0 ? 2g的硫粉與50nm、lOOnm、 150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為300 °C，lh; 350 °C，3h; 400 °C，4h; 450 °C，2h; 同理，分別稱(chēng)取0? 5g的硫粉與50nm、100nm、150nm、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為 350°(:，211;300°(:，411;450°(:，311;400°(:，111;分別稱(chēng)取0.88的硫粉與5011111、10011111、15011111、200 nm的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為400 °C，3h; 450 °C，lh; 300 °C，2h; 350 °C，4h;分別稱(chēng)取 l.〇g的硫粉與50腦、10011111、15011111、200 11111的金屬錫在管式爐中溫度設(shè)置為450°(:，411;400 °C，2h;350°C，lh;300°C，3h，將得到的產(chǎn)物用蒸餾水、無(wú)水乙醇各洗滌3次，真空干燥；3)、將上述得到的產(chǎn)物分別濺射按照步驟2)中對(duì)應(yīng)厚度的金屬錫薄膜，然后放在管式 爐中按照步驟2)中對(duì)應(yīng)的溫度、時(shí)間真空燒結(jié)得到目標(biāo)產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnS/Sn2S3/SnS2異質(zhì)結(jié)薄膜的制備，其特征在于:利用磁控濺 射在FT0導(dǎo)電玻璃基地上得到致密的金屬錫薄膜，再利用硫氣氛爐硫化反應(yīng)獲得二硫化錫 薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的S—種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方 法，其特征在于:在二硫化錫薄膜上濺射一層金屬錫薄膜，并在管式爐中真空燒結(jié)，通過(guò)固 相反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方 法，其特征在于:所述磁控濺射金屬錫薄膜的厚度為50?200nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二硫化錫/三硫化二錫/硫化亞錫異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方 法，其特征在于:所述硫化氣氛的溫度為300?500°C。
【文檔編號(hào)】H01L31/072GK105977334SQ201610527980
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】李品將, 李學(xué)峰, 王玉丹, 祁強(qiáng), 張士禮, 代亞威
【申請(qǐng)人】許昌學(xué)院